Проектирование кислородно-конвертерного цеха

Газообразный аргон, с массовой долей аргона не менее 99,5 % должен соответствовать требованиям ГОСТ 10157-79. Азот – ГОСТ 9293-74. Давление газов в сети должно быть не менее 0,8 МПа.

К началу вакуумной обработки стали установка должна быть полностью подготовлена к работе. Это означает:

А. Все механизмы, органы управления и футеровка вакуумкамеры находятся в исправном состоянии.

Б. Установка обеспечена всеми необходимыми энергоресурсами требуемых параметров:

• аргон и азот: давление 0,8…1,0 МПа;
• вода технически очищенная на пароэжекторный насос: давление 0,1…0,4 МПа с температурой не более 35 0С;
• вода химически очищенная на механизм электронагрева: давление 0,5 МПа;
• сжатый воздух: давление 0,7 МПа;
• пар: давление 1,3 МПа и температура 200 ± 50 0С;
• электроэнергия: рабочее напряжение 36…360 В;
• вода технически очищенная на газоохладитель и уплотнения: давление 0,5 МПа.

В. Все системы сигнализации и АСУ ТП «Вакуумирование» исправны.

Г. Футеровка вакуумкамеры нагрета до температуры не менее 14500С (измеряется термодатчиками и отображается на дисплеях АСУ ТП).

Сталеразливочный ковш, подаваемый под плавку для вакуумирования, должен иметь исправную сухую футеровку без мусора и настылей. Толщина шлака в ковше должна быть не более 100 мм, а уровень наполнения ковша металлом и шлаком – на 100…150 мм ниже верхней кромки ковша.

Цикл вакуумной обработки начинается с установки шлакоотделителей на патрубки вакуумной камеры. При погружении вакуумной камеры в металл, в ней создают избыточное кратковременное давление азота для вытеснения попавшего в патрубки шлака. Погружение патрубков производят до глубины, предотвращающей подсосы воздуха и ковшевого шлака в камеру. Затем включается вакуумный насосный агрегат, и металл вследствие разности давлений между камерой и атмосферой поднимается по обоим патрубкам в камеру на барометрическую высоту (около 1,4 м). Одновременно в нижнюю часть всасывающего патрубка подается аргон, который, поднимаясь вверх и увеличиваясь в объеме, образует газо-металлическую эмульсию с соотношением газа к металлу 10:1. Со скоростью более 5 м/с такая эмульсия врывается в камеру, образуя высокий бурун над всасывающим патрубком. Наличие большого количества транспортирующего газа способствует созданию огромной дополнительной реакционной поверхности, интенсифицируя процесс дегазации металла. Этим объясняется то обстоятельство, что, несмотря на сравнительно небольшое время пребывания расплава в камере, обычно не превышающее нескольких секунд, металл поступает в сливной патрубок практически полностью дегазированным. Из сливного патрубка этот металл, попадая снова в ковш, смешивается с находящимся в нем расплавом, несколько разбавляя в нем содержание газов. Поэтому для более глубокой дегазации весь металл ковша необходимо пропустить через камеру не менее 2,5…5 раз в зависимости от степени раскисления [25].

В зависимости от назначения металлопродукции, а также технологических целей использования вакуумной установки, различают следующие виды обработки стали:

• глубокое удаление водорода, вакуумное углеродное раскисление, рафинирование от неметаллических включений, доводка по химическому составу и температуре, окончательное раскисление и легирование алюминием;
• доводка по химическому составу и температуре, окончательное раскисление алюминием и удаление водорода;
• глубокое обезуглероживание стали в вакууме, дегазация, доводка по химическому составу и температуре, раскисление;
• усреднение и коррекция химического состава и температуры, а также окончательное раскисление.

Вакуумированию подвергаются плавки как непосредственно после выпуска из конвертера, так и после обработки на агрегате «печь-ковш». Для проведения всех технологических операций при вакуумировании стали типа 08Ю, выпуск из конвертера должен производиться не менее, чем за 60 минут до начала разливки на МНЛЗ, а для трансформаторной стали – не менее 80 минут.

Перед началом обработки измеряют температуру металла, толщину слоя шлака в ковше и отбирают пробу для определения химического состава стали. Температура металла измеряется термопарой погружения и отображается на измерительном приборе. Температура металла в ковше перед вакуумированием должна быть на 40…50 0С выше температуры разливки, но не более 1630 0С. При температуре металла выше требуемой до начала вакуумирования производится охлаждение металла слябом.

По данным измерений и результатам химического анализа пробы стали, отобранной перед вакуумированием, учитывая массу плавки и заказанную марку стали, оператор выбирает программу обработки и режим управления. Процесс вакуумирования может производиться в автоматическом или ручном режиме. В первом случае оператор вводит программу в ЭВМ АСУ ТП «Вакуумирование» и по команде оператора вакууматор включается в работу по заданной программе. Вакуумирование в ручном режиме осуществляет оператор с пульта управления, при этом он имеет возможность воспользоваться режимом «совет мастера».

Вакуумное обезуглероживание низкоуглеродистой нераскисленной стали производится до минимально возможного снижения остаточного давления в вакуумной камере (менее 1 мм.рт.ст.) и до достижения кратности циркуляции не менее трех. Известно также, что обработка металла при давлении более 0,53 кПа (4 мм.рт.ст.) не обеспечивает требуемую дегазацию стали.

Длительность вакуумирования определяется совокупностью осуществляемых технологических операций и регламентируется скоростью циркуляции, которая зависит от расхода аргона и внутреннего диаметра патрубков.

Масса, марочный сортамент и очередность присаживаемых ферросплавов и раскислителей в вакуумную камеру определяется маркой стали и технологией вакуумной обработки. Корректирующие присадки среднеуглеродистого (до 2 % углерода) и высокоуглеродистого (до 7 % углерода) ферромарганца при обработке особонизкоуглеродистых марок стали производятся в период вакуумного обезуглероживания.

Присадки материалов в вакуумкамеру осуществляются со скоростью не более 2 т/мин. При этом масса одной порции не должна превышать : ферромарганец – 350 кг; ферросилиций – 250 кг; силикомарганец – 350 кг; ферованадий – 250 кг; ферротитан – 250 кг; алюминий – 250 кг; нейтрализатор шлака – 100 кг; руда, окатыши, агломерат – 50 кг; углеродосодержащий материал – 50 кг; скрап, сечка – 350 кг [21].

При расчете количества присадок на плавку в процессе вакуумной обработки руководствуются следующими ориентировочными величинами усвоения элементов: марганец – 90…95 %; кремний – 85…90 %; алюминий – 30…60 %; титан – 50…70 %; углерод – 40…50 %; ванадий – 80…90 %; ниобий – 80…90 % [26].

После введения добавок для корректировки химического состава стали и раскисления производится перемешивание металла с кратностью циркуляции не менее 0,5 в течение 3…5 минут. Расход аргона в подъемный патрубок при этом максимальный.

После окончания процесса вакуумирования, закрывают главный вакуумный затвор, выключают вакуумный насос, включают систему заполнения вакуумкамеры азотом. При достижении атмосферного давления, вакуумкамера поднимается из сталеразливочного ковша. Система подачи аргона в патрубок переключается на азот с минимальным расходом, отбирается проба стали и замеряется температура металла. При получении необходимого химического состава и заданной температуры металла ковш передается на МНЛЗ [25].

При лимите времени на вакуумную обработку, возможна корректировка химического состава стали и усреднение металла по температуре на агрегате «печь-ковш».

 

 

8 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ  ПРОЦЕССОВ

 

Развитие современного металлургического производства сопровождается интенсификацией технологических и производственных процессов. Создание крупных металлургических агрегатов и их комплексов позволяет более эффективно использовать сырье, топливо, капиталовложения. В то же время осуществлять управление интенсифицированными металлургическими процессами в больших и сложных технологических объектах без использования новейших методов и средств управления – неэффективно или вообще невозможно.

Наиболее эффективным средством управления технологическими объектами являются системы централизованного управления, создаваемые на основе теории управления, использующие экономико-математические методы, вычислительную и управляющую технику. Такие системы управления получили наименование автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).

Для достижения высоких качественных и технико-экономических показателей работы как конвертерного цеха в целом, так и отделения ковшевой обработки стали в частности, предусматривается их оснащение автоматизированными системами управления технологическим процессом, которые обеспечивают:

• достижение максимальной производительности за счет рационального управления технологическими процессами;
• повышение качества стали за счет обеспечения операторов информацией о ходе процессов, а также своевременной выдачи рекомендаций и управляющих воздействий;
• повышение выхода годного металла;
• снижение простоев оборудования;
• снижение сырьевых и энергетических затрат на производство стали;
• улучшение условий труда производственного персонала.

АСУ включает подсистемы, реализующие управляющие, информационные и расчетные функции в соответствии с функциональной структурой.

В состав интегрированной АСУ входят следующие взаимосвязанные автоматизированные системы управления [6]:

• АСУ процессом производства стали в кислородно-конвертерном цехе (АСУ «Производство»);
• АСУ технологическим процессом подготовки шихтовых материалов и выплавки стали в конвертере (АСУ ТП «Плавка»);
• АСУ процессом внепечной обработки стали на агрегате «печь-ковш» (АСУ ТП «Доводка»);
• АСУ процессом вакуумирования стали (АСУ ТП «Вакуумирование»);
• АСУ процессом разливки стали на МНЛЗ (АСУ ТП «Разливка»).

В отделении ковшевой обработки стали применяются АСУ ТП «Доводка» и АСУ ТП «Вакуумирование».

С целью обеспечения нормальной эксплуатации систем автоматики, управления и электрооборудования предусмотрены специальные поверочные устройства.

 

8.1 Общецеховая АСУ «Производство»

 

АСУ «Производство» является элементом интегрированной АСУ ККЦ и предназначена для планирования, управления, учета хода производства, технико-экономического анализа, а также обеспечения информацией смежных систем верхнего и нижнего уровней.

АСУ «Производство» включает в себя четыре подсистемы:

• подсистему оперативного планирования производства;
• подсистему информационного обеспечения производства;
• подсистему учета технико-экономического анализа хода производства;
• исследовательскую подсистему.

1. В подсистему оперативного планирования входят:

• оперативное планирование, обеспечивающее формирование и оперативную корректировку компактного графика;
• расчет потребности в основном сырье;
• анализ обеспечения МНЛЗ металлом с учетом месячной спецификации для выполнения заказов.

Оперативное управление выполнения контактного графика включает:

• направление плавки на технологическую операцию;
• выдачу задания на подготовку ферросплавов;
• слежение за потребностью в чугуне, в совках с металлоломом, в сыпучих шихтовых материалах и ферросплавах;
• слежение за выполнением сменно-суточного задания;
• анализ необходимости пересчета контактного графика.

2. Подсистема информационного обеспечения персонала, выполняет следующие функции:

а) ответы на запросы персонала с выдачей данных:

• о количестве и характеристиках шихтовых материалов;
• о ходе выплавки стали в конвертере;
• о химическом составе чугуна, стали и шлака;
• о длительности периодов выплавки и обработки стали;
• о межплавочных простоях;
• о виде и ходе внепечной обработки плавки.

б) формирование плавильного журнала и итоговых данных за смену;

в) информация о состоянии агрегатов и оборудования;

г) информация о наличии шихтовых материалов.

3. Подсистема учета и технико-экономического анализа хода производства реализует такие функции:

а) учет производства, включающий:

• производство металла;
• расчет плана производства за сутки и с начала месяца;
• выполнение плана производства.

б) учет использования рабочего времени;

в) учет расхода шихтовых материалов;

г) контроль за качеством металла;

д) учет стойкости оборудования, включающий продолжительность межремонтного периода основного оборудования;

е) расчет технико-экономических показателей.

 

8.2 АСУ ТП «Доводка»

 

Основные функции АСУ ТП «Доводка» следующие: